Дата публикации: 04 марта 2020 г.

В Калтехе создали процесс «самоорганизующихся нанолабиринтных материалов»

В Калифорнийском технологическом университете разработали новый процесс, который позволяет производить большие количества материалов, структура которых рассчитана на нанометровом уровне - размер двойной спирали ДНК.

Впервые разработанная специалистами Caltech по материалам Джулии Р. Грир (Julia R.Grir), «материалы с наноархитектурой» демонстрируют необычные, часто удивительные свойства - например, исключительно легкую керамику, которая после сжатия возвращается к своей первоначальной форме, как губка. 

Эти свойства могут быть применены в различных сферах, начиная от сверхчувствительных тактильных датчиков и заканчивая современными батареями, но до сих пор инженеры могли создавать их только в очень ограниченных количествах. Чтобы создать материал, структура которого спроектирована в таком небольшом масштабе, часто приходится собирать один за другим нанослои в процессе 3-D печати, в котором используются высокоточный лазер и химические вещества, изготовленные по индивидуальному заказу. Этот кропотливый процесс ограничивает общее количество материала, который может быть построен.

Теперь команда инженеров из Caltech и ETH Zurich разработала материал, который спроектирован на наномасштабе, но собирается сам, без необходимости в прецизионной лазерной сборке. Впервые им удалось создать образец материала с наноархитектурой в масштабе кубического сантиметра.

«Мы не смогли бы напечатать этот материал с большим количеством наноархитектур даже за месяц, вместо этого мы смогли вырастить его за считанные часы», - говорит Карлос Портела (Carlos Portela), аспирант из Калифорнийского технологического института и ведущий автор исследования нового процесса, который был опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 2 марта.

На наноуровне материал выглядит как губка, но на самом деле представляет собой совокупность взаимосвязанных изогнутых оболочек. Это ключ к высокому соотношению жесткости и прочности материала: гладкие изогнутые тонкие скорлупы, такие как яйца, не имеют углов или соединений, которые обычно являются слабыми местами, приводящими к провалу в других подобных материалах. Это обеспечивает уникальные механические преимущества при минимальном использовании материала. При испытаниях образец материала был способен достигать отношений прочности к плотности, сравнимых с некоторыми формами стали, в то время как конфигурации с более тонкими стенками демонстрируют незначительное повреждение и восстановление после повторного сжатия.

«Этот новый путь изготовления, подкрепленный проведенным нами экспериментальным и численным анализом, приближает нас на один шаг к возможности производить материалы с наноархитектурой в полезных масштабах с заметной простотой изготовления», - говорит Грир и Донна Меттлер, профессор материаловедения, механики и медицинской инженерии, соавтор статьи PNAS.

Команда ученых, планирует расширить возможности настройки и универсальность процесса, исследуя пути для тщательного контроля микроструктуры, расширения возможностей материала для нанооболочек и стимулирования производства больших объемов материала.

Статья называется «Экстремальная механическая упругость самоорганизующихся нанолабиринтинных материалов». Финансирование этих исследований поступило из Управления военно-морских исследований и стипендии Ванневара Буша.

Источник: caltech.edu

Гасанбекова Л. А. Оценка эффективности финансово-хозяйственной деятельности государственных унитарных предприятий Практическое пособие / Л. А. Гасанбекова, В. И. Никитина, Б. В. Сошников; под общ. науч. ред. канд. экон. наук О. А. Коробко. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2019. – 49 с. (ISBN 978-5-904670-54-2). Доступна электронная версия печатного издания.

Вопросы контроля хозяйственной деятельности и финансового аудита, национальной безопасности, системного анализа и управления Сборник материалов III Всеросс. науч.-практ. конф., г. Москва, 29 декабря 2017. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2018. – 200 с. (ISBN 978-5-904670-53-5). Доступна электронная версия печатного издания.

открыть полный список изданий Центра →